大功率CNG單燃料客車燃氣管路系統(tǒng)優(yōu)化方案

劉曉群，謝 靜，強永軍（成都理工大學工程技術學院，四川 樂山 614000）

大功率CNG單燃料客車燃氣管路系統(tǒng)優(yōu)化方案

劉曉群，謝 靜，強永軍
（成都理工大學工程技術學院，四川 樂山 614000）

天然氣高壓易燃屬性難以改變，優(yōu)化燃氣汽車專用裝置系統(tǒng)的結構技術來提高燃氣汽車的使用安全性、穩(wěn)定性、經濟性，尤為重要。本文從燃氣管路設計入手，主要介紹大功率燃氣管路系統(tǒng)的優(yōu)化方案。

天然氣；大功率；單燃料；管路優(yōu)化；計算

全國各地，燃氣汽車因燃氣泄漏產生自燃甚至爆炸事件時有發(fā)生，而產生原因幾乎都是天然氣儲氣系統(tǒng)沒有有效的防泄漏保護裝置，天然氣大量泄漏，從而引發(fā)燃燒甚至爆炸。

燃氣汽車以清潔環(huán)保、經濟而得到廣泛的應用。消除燃氣汽車隱患，提高燃氣汽車安全性成為燃氣汽車車主、單位，產品設計和產品生產商共同的社會責任。本文從制造技術方面確定了天然氣燃料汽車的零部件選擇和管路布置，為燃氣車輛使用單位優(yōu)化優(yōu)良的整車燃氣供氣系統(tǒng)方案。

優(yōu)化理由一：環(huán)保節(jié)能，技術先進。

2007年前，國內CNG客車最大功率在135KW以內，主要為汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機，發(fā)動機平臺為化油器，燃氣供氣方式為自然吸氣。2007年開始，在國內客車開始批量使用功率在150—200KW單燃料增壓發(fā)動機，發(fā)動機平臺為增壓柴油發(fā)動機，燃氣供氣方式變?yōu)槎帱c噴射方式。這種技術先進、更節(jié)能、更環(huán)保的新型發(fā)動機，對燃氣品質、供氣壓力、壓力穩(wěn)定性等都提出相應的新的要求，對整個供氣系統(tǒng)較過去應進行優(yōu)化。

優(yōu)化理由二：標準嚴格，國際水準。

優(yōu)化方案采用國際通用的法則及國內標準中較高者，進行零部件的選擇和安裝；傳統(tǒng)方案，采用國內標準以及國內使用的習慣進行零部件的選擇和布局安裝。

國內主要采用GB/T19240-2003《壓縮天然氣汽車專用裝置的安裝要求》（以下簡稱GB/T19240-2003）。目前，除西方和歐美國家采用ISO15500-2001和ECE R110外、亞洲的印度、泰國、新加坡、菲律賓等均強制實施這兩個標準。我們優(yōu)化的方案在滿足目前國家標準的情況下，采納國際通用標準更嚴格條款，整車質量和安全性將有較大提高。

優(yōu)化理由三：部件規(guī)范，配置合理

目前，國內許多零配件生產企業(yè)采用行業(yè)標準或企業(yè)標準，生產標準不一致，導致國內零部件產品質量參差不齊，安裝難度大，留下安裝質量和安全隱患等問題。2007年度，國內A發(fā)動機廠銷售約700臺單燃料發(fā)動機，HPR（高壓減壓閥）僅損壞5只，其中4只是因為安裝原因導致的非質量損壞，故障率不足1.43‰。同期，國內B發(fā)動機廠銷售約700臺相同控制系統(tǒng)的發(fā)動機，HPR（高壓減壓閥）損壞87只，幾乎為質量損壞，故障率為124.3‰。故障率，B廠是同期A廠的近90倍。經美國ECI公司檢驗，原因為B廠HPR前安裝的高壓電磁閥不符合標準。部件標準不足，增大事故隱患。因此在產品配件選用標準嚴格規(guī)范，保障燃氣汽車安全。

優(yōu)化理由四：系統(tǒng)優(yōu)化，安全經濟

1　防泄漏能力顯著增強

天然氣汽車在使用過程中出現(xiàn)意外事故或車禍時，若此時造成高壓管路斷裂或接頭松脫，就極易產生高壓天然氣氣體的大量泄漏，如果在事故現(xiàn)場附近或車輛本身有火源，那就很容易發(fā)生火災甚至爆炸；一般泄漏，也容易在氣瓶罩的上方形成積聚，沒有通過過流保護閥的保護，車輛發(fā)動機也能正常的運行，勢必會造成不能及時發(fā)現(xiàn)的情況，在一定條件下也將產生嚴重的安全事故。在國內外已發(fā)生了多起天然氣汽車失火的嚴重事故，國內外為了提高燃氣汽車專用裝置系統(tǒng)安全進行了大量的研究實踐工作，在燃氣汽車專用裝置系統(tǒng)上增加了管路高壓電磁閥和手動截止閥來提高對高壓管路系統(tǒng)的可控性。但在出現(xiàn)突發(fā)汽車安全事故時，如何在氣瓶閥上進行改進，使氣瓶閥能夠感知高壓管路的異常，自動截斷氣流就變得現(xiàn)實起來。如果我們能保證天然氣氣瓶在氣路發(fā)生大量泄漏時能自動關閉并切斷供氣，就能減輕事故的災害程度。優(yōu)化方案過流保護閥內置于手動氣瓶瓶口閥內，用的方案采用過流保護閥外置于氣瓶瓶口閥，安裝在管路中。由于管路系統(tǒng)是一個并聯(lián)的氣瓶存儲方式，當整個管路系統(tǒng)的任意位置（包括氣瓶本體出現(xiàn)泄漏問題）的泄漏量大于過流保護閥的動作條件，所有的內置式過流保護閥將同時動作迅速從氣瓶的源頭對天然氣進行切斷以達到安全的目的。而外置式在管路上安裝一只的方式對過流保護閥前端的位置無法進行保護，如果過流保護閥前端的管路發(fā)生泄漏，過流保護閥將無法做出保護動作，如：氣瓶并聯(lián)部分管路及接頭出現(xiàn)泄漏，氣瓶瓶口閥的接頭出現(xiàn)泄漏等。

由于采用國際通用的安全要求規(guī)則，將過流保護閥內置于氣瓶瓶口閥。當管路系統(tǒng)中任意位置發(fā)生泄漏且過流閥體前后壓差大于90kPa，并且在該壓差下流量大于0.48M3/h時，將自動關閉過流保護閥。過流保護閥的泄漏量不大于0.03M3/h。該部件有自動復位的功能，不需要對該布局進行人工干預。

目前在用的方案是采用外置式過流保護閥，將該部件獨立安裝在管路中。由于是外置方式，所以必須在管路回路中安裝單向閥來輔助完成過流保護的功能，在復位的過程中必須采用外部回路建立過流背壓來實現(xiàn)該部件的復位。由于要實現(xiàn)過流保護的功能的相關聯(lián)部件比較多，如果實現(xiàn)該功能的任意一個相關聯(lián)的零部件出現(xiàn)機械上的問題都無法完成過流保護的功能。

2　管路優(yōu)化設計，穩(wěn)定性提高，成本降低

由于兩個方案都具有相同的系統(tǒng)功能，但是由于配置上的差異，造成成本與穩(wěn)定性差異。

優(yōu)化方案中的高壓連接部位為30個，普通在使用方案需要外接3只三通等徑接頭和單向閥等，與安美科優(yōu)化方案相比較將增加10個高壓連接部位。兩者相比較目前的安裝方案多出1/3的安裝點，其中過流保護閥、單向閥、應急用高壓電磁閥為主要部件，使用頻率高，因此可能存在的泄漏部位也有相應的增加，降低了系統(tǒng)安全性能，同時維護成本比優(yōu)化方案高的多。

根據(jù)客戶的要求，有兩種零部件選擇和布局方案。該部件的安裝位置將決定過流保護的區(qū)域，最佳的方式是在每個氣瓶的出口位置都安裝。

3　總結

對于從事燃氣汽車行業(yè)的企業(yè)而言，燃氣汽車的安全性和穩(wěn)定性重要性是不言而喻，一起小的事故亦可能使所有努力白費，特別對于公交公司等企業(yè)，一起燃氣汽車事故不僅僅是經濟問題，甚至可能造成社會事件。

［1］盛利.電控天然氣發(fā)動機匹配與實驗研究［D］.上海交通大學，2009.

［2］彭洪濤.天然氣汽車發(fā)展中存在的問題及對策研究［J］.煤氣與熱力，2006（03）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.038